[发明专利]一种超声波信号处理方法

说明书

本发明涉及信号处理技术领域，具体公开了一种超声波信号处理方法。该方法具体包括：1、利用超声波对被检工件进行壁厚测量，采集并存储仅包含共振波的射频信号数组；2、创建逼近离散曲线；3、以逼近离散曲线为窗函数，与采集的射频信号数组数据进行卷积计算，获得新的曲线；4、获取新曲线的周期特征点的采样位置；5、采用线性回归算法获得精确的共振波频率。本发明所述的一种超声波信号处理方法能够在保证管壁厚测量精度的同时，极大缩短壁厚信号处理时间，提高系统工作效率。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种超声波信号处理方法。

背景技术

超声波在所测量的有限长材料中传播时,如果超声波的频率与材料的固有频率相等,就会发生共振现象。利用共振现象提出的超声共振测厚法是一种常用的测厚方法，具有可测下限小、精度高等优点。共振测厚的原理是T＝c/2f，T为被测工件的厚度，c为超声波在工件中传播的声速，f为共振波的频率。因此，超声共振频率的估计精度，是采用超声共振法测厚的关键。传统的方法是直接通过傅里叶变换获得其频谱最大值的频率。

高精密薄壁部件被广泛应用于航空航天和核电领域的核心部件中，实际应用过程中对这类部件的壁厚精度要求极高，通常为微米级。为了保证其尺寸精度，超声共振法则被用于高精密部件的全范围测量。以一根4m长，0.5mm厚的薄壁管为例，为了实现全范围测量，需要采集超过10万组的射频数据进行共振频率分析。同时为了保证测量精度，在进行傅里叶计算的时候需要进行补零操作。然而过长的离散数据进行傅里叶变化时，计算耗时也会随之增加。完成10万组的计算，耗时近160s，无法满足大批量管材的高速检查的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波信号处理方法，能够代替现有的离散傅里叶变换实现高速高精度的共振波频率计算，提高超声波对高精密部件壁厚的全范围壁厚测量数据分析的效率。

本发明的技术方案如下：一种超声波信号处理方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1、利用超声波对被检工件进行壁厚测量，采集并存储仅包含共振波的射频信号数组；

步骤2、创建逼近离散曲线；

步骤3、以步骤2中逼近离散曲线为窗函数，与步骤1采集的射频信号数组数据进行卷积计算，获得新的曲线；

步骤4、获取步骤3中新曲线的周期特征点的采样位置；

利用搜索算法获取曲线ArrayResonance所有拐点的横坐标，获得数组CP_i；

步骤5、采用线性回归算法获得精确的共振波频率；

步骤5.1、获得共振波的周期或者半周期；

利用线性回归算法获得回归直线的斜率，即为共振波的周期或者半周期t；

其中，x为CP_i的序号i，y为CP_i数组，和为各自的均值；

步骤5.2、当以周期特征点计算时，共振波的共振频率为f＝1/t；若以半周期特征点计算时，共振波的共振频率为f＝1/2t。

所述的步骤2中创建逼近离散曲线的具体步骤为：

步骤2.1、在相同工况下，采集或测量被检工件的标准声速V；

步骤2.2、计算获得共振波的估计波长；

利用公式N＝T*F/V，计算获得共振波的估计波长，即采样点数，其中，T为被检工件的厚度，F为系统采样的采样频率；

步骤2.3、创建正/余弦离散曲线；